JP7311864B2 - ハイドロゲル構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
[1]第1ポリマー、および前記第1ポリマーと絡み合う第2ポリマーを含有するハイドロゲル構造体であって、前記第1ポリマーが、第1モノマーを重合および架橋させてなる第1網目構造体であり、前記第2ポリマーが、第2モノマーを重合および架橋させてなる第2網目構造体であり、前記第1モノマーは、Q値が0.001以上0.199以下の範囲内、およびe値が-8.60以上0以下の範囲内であり、前記第2モノマーは、Q値が0.200以上16.000以下の範囲内、およびe値が0.01以上3.70以下の範囲内であることを特徴とするハイドロゲル構造体。
[2]前記第1モノマーは、Q値が0.020以上0.170以下の範囲内、およびe値が-1.70以上-0.80以下の範囲内であり、前記第2モノマーは、Q値が0.320以上1.000以下の範囲内、およびe値が0.50以上0.90以下の範囲内である上記[1]に記載のハイドロゲル構造体。
[3]第1ポリマー、および前記第1ポリマーと絡み合う第2ポリマーを含有するハイドロゲル構造体であって、前記第1ポリマーが、第1モノマーを重合および架橋させてなる第1網目構造体であり、前記第2ポリマーが、第2モノマーを重合および架橋させてなる第2網目構造体であり、前記第1モノマーが、N-ビニルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、N-メチル-N-ビニルアセトアミド、N-アリルステアルアミド、N,N-メチルビニルトルエンスルホン酸アミド、プロピオン酸ビニル、1-ビニルイミダゾール、酪酸ビニル、酢酸ビニル、けい皮酸ビニル、安息香酸ビニル、ビニルイソシアネート、ビニルエチルエーテル、およびビニルオクタデシルエーテルの群から選択される1つまたは2つ以上の化合物であるハイドロゲル構造体。
[4]前記第2モノマーが、エチルアクリレート、アクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、2-エチルヘキシルアクリレート、α-クロロアクリル酸メチル、アクリルアミド、α-アセトキシアクリル酸エチル、α-シアノアクリル酸メチル、2-クロロエチルアクリレート、メタクリロニトリル、メタクリル酸、ヘキサフルオロブタジエン、イタコン酸ジメチルおよびα-ブロモアクリル酸の群から選択される1つまたは2つ以上の化合物である上記[3]に記載のハイドロゲル構造体。
[5]前記第1網目構造体と前記第2網目構造体との間に、前記第1網目構造体と前記第2網目構造体とを化学的または物理的に結合させる架橋部が存在する上記[1]~[4]のいずれか1項に記載のハイドロゲル構造体。
[6]前記架橋部が、前記第1モノマーから水素原子の1つを除いた第1官能基、および前記第2モノマーから水素原子の1つを除いた第2官能基の少なくとも一方の官能基を複数有する架橋剤により形成されてなる上記[5]に記載のハイドロゲル構造体。
[7]前記架橋部が、第3官能基および第4官能基の少なくとも一方の官能基を複数有する架橋剤により形成されてなり、前記第3官能基が下記式(1-1)または式(1-2)で表される構造であり、前記第4官能基が下記式(2)で表される構造である上記[5]に記載のハイドロゲル構造体。
[8]上記[1]~[7]いずれか1項に記載のハイドロゲル構造体の製造方法であって、前記第1モノマーと、前記第2モノマーと、前記第1モノマーおよび前記第2モノマーを重合および架橋させる重合開始剤とを含む溶液を調製する調製工程と、前記溶液を加熱してゲル化する加熱工程とを有することを特徴とするハイドロゲル構造体の製造方法。
[9]前記調製工程で調製する前記溶液は、前記第1モノマーから水素原子の1つを除いた第1官能基、および前記第2モノマーから水素原子の1つを除いた第2官能基の少なくとも一方の官能基を複数有する架橋剤をさらに含む上記[8]に記載のハイドロゲル構造体の製造方法。
[10]前記調製工程で調製する前記溶液は、第3官能基および第4官能基の少なくとも一方の官能基を複数有する架橋剤をさらに含み、前記第3官能基が下記式(1-1)または式(1-2)で表される構造であり、前記第4官能基が下記式(2)で表される構造である上記[8]に記載のハイドロゲル構造体の製造方法。
[11]前記調製工程および前記加熱工程をワンポットで行う[8]~[10]のいずれか1項に記載のハイドロゲル構造体の製造方法。
r2=(Q2/Q1)exp[-e2(e2-e1)] 式(C)
まず、N-ヒドロキシプロピルN-ビニルホルムアミドを製造した。まず、反応容器中に3.1gの水素化ナトリウムを用意し、テトラヒドロフラン(THF)で洗浄した。続いて、窒素雰囲気下にて、130mLのN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)を反応容器中に加えた後、9.2gのN-ビニルホルムアミドを0℃にて反応容器中に滴下した。続いて、反応容器中の反応溶液を4時間室温にて撹拌させた後、0℃にて18gの3-ブロモ-1-プロパノールを反応容器中に滴下した。続いて、反応容器中の反応溶液を再度室温にて7時間撹拌させた後、反応溶液中に水を加えて反応を停止した。反応溶液をヘキサンおよび酢酸エチルにより抽出、洗浄した後、有機相を硫酸マグネシウムにより乾燥させた。さらにシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、液体にて11.3gのN-ヒドロキシプロピルN-ビニルホルムアミドを得た(収率68%)。N-ヒドロキシプロピルN-ビニルホルムアミドの合成は、下記反応式(1)で表される。
第1モノマーとして、N-ビニルホルムアミド(NVF)の代わりに、VACe(Q=0.026,e=-0.88)を用いるとともに、AA架橋剤として、式(4-2)で表されるアジピン酸ジビニル(A1188、東京化成社製)を用いたことを除いて、実施例1と同様の原料および製造方法によって、実施例2のハイドロゲル構造体を製造した。
第1モノマーとして、N-ビニルホルムアミド(NVF)の代わりに、VACe(Q=0.026,e=-0.88)を用い、第2モノマーとして、エチルアクリレート(EAc)の代わりに、アクリル酸メチル(MAc)(Q=0.45,e=0.64)を用いるとともに、AA架橋剤として、式(4-2)で表されるアジピン酸ジビニル(A1188、東京化成社製)を用いたことを除いて、実施例1と同様の原料および製造方法によって、実施例3のハイドロゲル構造体を製造した。
第1モノマーとして、N-ビニルホルムアミド(NVF)の代わりに、N-ビニルアセトアミド(NVA)(Q=0.16,e=-1.57)を用い、第2モノマーとして、エチルアクリレート(EAc)の代わりに、アクリル酸メチル(MAc)(Q=0.45,e=0.64)を用いたことを除いて、実施例1と同様の原料および製造方法によって、実施例4のハイドロゲル構造体を製造した。
第1モノマーとして、NVFを用い、第2モノマーは用いない代わりに、けい皮酸ビニル(VCinn)(Q=0.18,e=0.76)、BB架橋剤は用いない代わりに、その他の架橋剤として式(4-2)を用いたことを除いて、実施例1と同様の原料および製造方法によって、比較例1のハイドロゲル構造体を製造した。
第1モノマーとして、N-ビニルホルムアミド(NVF)の代わりに、N-ビニルアセトアミド(NVA)を用い、第2モノマーは用いず、重合開始剤として、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)の代わりに、2,2’アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロリド(V-50)を用い、架橋剤として、AA架橋剤、BB架橋剤およびAB架橋剤を用いず、N,N-5-オキサノナメチレンビス-ビス-N-ビニルアセトアミド(5ON-bisNVA)を用い、さらに、恒温槽の温度を60℃ではなく37℃としたことを除いて、実施例1と同様の原料および製造方法によって、比較例2のハイドロゲル構造体を製造した。
まず、機械的特性の評価を行うため、製造した各ハイドロゲル構造体から抜き型を用いてくり抜いて、図4に示すように、寸法a(チャック部の位置間距離):25mm、寸法b:6mm、寸法c:1mm、そして、厚さ1mmのシートの引張試験用の試験片を作製した。作製したハイドロゲル構造体の試験片をEZ-SX(島津製作所製)を用いて力学試験を行った。試験片の力学試験を行う際の引張速度は、最大伸びが0.5以下のものは2mm/分、0.5~2.0のものは5mm/分、2.0~5.0のものは20mm/分、5.0以上のものは40mm/分で設定した。破断歪みは下記式(11)により算出した。Lは、引張試験で破断した時点での標点間距離(mm)であり、L0は引張試験を行う前の試験片の原標点距離(mm)である。破断強度(MPa)および破断歪みの結果を表2に示す。
膨潤度は下記式(12)より算出した。Wsは、膨潤後のハイドロゲル構造体の重量であり、Wdは、乾燥時のハイドロゲル構造体の重量である。膨潤度の結果を表2に示す。
2 第2ポリマー
3 架橋部
10 ハイドロゲル構造体
Claims (10)
- 第1ポリマー、および前記第1ポリマーと絡み合う第2ポリマーを含有するハイドロゲル構造体であって、
前記第1ポリマーが、第1モノマーを重合および架橋させてなる第1網目構造体であり、
前記第2ポリマーが、第2モノマーを重合および架橋させてなる第2網目構造体であり、
前記第1モノマーは、Q値が0.001以上0.180以下の範囲内、およびe値が-8.60以上-0.76以下の範囲内であり、
前記第2モノマーは、Q値が0.230以上16.000以下の範囲内、およびe値が0.30以上3.70以下の範囲内であることを特徴とするハイドロゲル構造体。 - 前記第1モノマーは、Q値が0.020以上0.170以下の範囲内、およびe値が-1.70以上-0.80以下の範囲内であり、
前記第2モノマーは、Q値が0.320以上1.000以下の範囲内、およびe値が0.50以上0.90以下の範囲内である請求項1に記載のハイドロゲル構造体。 - 第1ポリマー、および前記第1ポリマーと絡み合う第2ポリマーを含有するハイドロゲル構造体であって、
前記第1ポリマーが、第1モノマーを重合および架橋させてなる第1網目構造体であり、
前記第2ポリマーが、第2モノマーを重合および架橋させてなる第2網目構造体であり、
前記第1モノマーが、N-ビニルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、N-メチル-N-ビニルアセトアミド、N-アリルステアルアミド、N,N-メチルビニルトルエンスルホン酸アミド、プロピオン酸ビニル、1-ビニルイミダゾール、酪酸ビニル、酢酸ビニル、けい皮酸ビニル、安息香酸ビニル、ビニルイソシアネート、ビニルエチルエーテル、およびビニルオクタデシルエーテルの群から選択される1つまたは2つ以上の化合物であり、前記第2モノマーが、エチルアクリレート、アクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、2-エチルヘキシルアクリレート、α-クロロアクリル酸メチル、アクリルアミド、α-アセトキシアクリル酸エチル、α-シアノアクリル酸メチル、2-クロロエチルアクリレート、メタクリロニトリル、メタクリル酸、ヘキサフルオロブタジエン、イタコン酸ジメチルおよびα-ブロモアクリル酸の群から選択される1つまたは2つ以上の化合物であるハイドロゲル構造体。 - 前記第1網目構造体と前記第2網目構造体との間に、前記第1網目構造体と前記第2網目構造体とを化学的または物理的に結合させる架橋部が存在する請求項1~3のいずれか1項に記載のハイドロゲル構造体。
- 前記架橋部が、前記第1モノマーから水素原子の1つを除いた第1官能基、および前記第2モノマーから水素原子の1つを除いた第2官能基の少なくとも一方の官能基を複数有する架橋剤により形成されてなる請求項4に記載のハイドロゲル構造体。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載のハイドロゲル構造体の製造方法であって、
前記第1モノマーと、前記第2モノマーと、前記第1モノマーおよび前記第2モノマーを重合および架橋させる重合開始剤とを含む溶液を調製する調製工程と、
前記溶液を加熱してゲル化する加熱工程と
を有することを特徴とするハイドロゲル構造体の製造方法。 - 前記調製工程で調製する前記溶液は、前記第1モノマーから水素原子の1つを除いた第1官能基、および前記第2モノマーから水素原子の1つを除いた第2官能基の少なくとも一方の官能基を複数有する架橋剤をさらに含む請求項7に記載のハイドロゲル構造体の製造方法。
- 前記調製工程および前記加熱工程をワンポットで行う請求項7~9のいずれか1項に記載のハイドロゲル構造体の製造方法。
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